从“ 两个半径的大小关系”入手分析 带电粒子在圆形磁场中的运动

带电粒子在磁场中的运动涉及到的物理知识和方法较多, 学生在运动情境的再现和几何关系的寻找上 更是感到非常困难. 这其中尤其以圆形磁场中的运动问题较难, 涉及到两个圆及圆与边的复杂的关系, 对粒子运动 的约束条件较为隐蔽, 此类问题学生感到无从下手. 本文从圆形磁场区域半径R和带电粒子轨迹半径r的大小关系 入手, 详细梳理了粒子在圆形磁场区域中运动的特点, 并在解决两个难解例题中加以了应用     

巧用“圆心圆”速解磁场题

质量为m、电荷量为q的大量粒子,以相同速率v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,将在磁场中做半径为r-mv/bq的匀速圆周运动.若粒子运动中都经过磁场中某点P,则其轨迹圆的圆心集合是以P点为圆心、r为半径的圆(以下统称"圆心圆"),如图1虚线所示.以"圆心圆"知识为载体,考查学生综合应用数学、物理知识的试题,在近几年的高考和     

史特恩-革拉赫实验经典解释的佯谬

史特恩-盖拉赫在一九二七年显示“空间量子化”的实验为今天的许多物理教科书所采用,以引入量子力学中自旋的概念.附图1是典型的演示示意图,一束自旋粒子在形成非均匀磁场的两磁极间通过. 多数教材均假定作用在自旋粒子上的力仅仅存在于磁场的Bz方向上,例如,费曼(Feynanan)曾经指出[1]:“让银原子束恰沿着锋刃射进,在此非均匀磁场中,原子会感受到一个竖向力,磁矩为水平方向的银原子将不受力而直线通过磁铁”.我们将说明,事实并非如此,而是一个等量的力作用于水平方向上,只是这个力将由于自旋旋进而受到平均,。进行理论上的处理时,可考虑成…     

巧用已知图形突破作图难关

高中物理中有两个作图的难关,一个是根据两点振动情况,画简谐波波形求解波长的问题;另一个是根据带电粒子在两个点的运动情况,画出带电粒子在有界磁场中运动轨迹,确定带电粒子运动轨迹圆的半径,进而求解粒子速度和运动时间的问题.完整的简谐波的波形是一个正弦或余弦函数的图像;带电粒子在磁场中的运动轨迹是一个圆.但是在受到两个点的限制下,需要画的不是完整的图形或图像.如果先画出完整的图形或图像,再在图像上取满足题目条件的点,作图就显得很容易,问题解决起来就比较轻松.     

随机磁场对静电波驱动的速度扩散的影响

随机磁场改变了波与粒子之间的耦合关系。因而使波驱动的速度扩散受到影响。其结果是:波电场的横向分量可以对纵向速度扩散有贡献;∈<<1情形,扩散系数的共振峰被展宽;∈>>1情形,扩散系数的振荡效应被削弱。当随机磁场的关联时间与波的特征时间之间相对大小不同时,随机磁场产生影响的具体机制不完全相同,所造成的后果也有差别。对于接近于在垂直方向传播的波,随机磁场对速度扩散的影响一般是重要的。     

二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

在粒子模拟的PIC(particle in cell)模式中,与场有关的物理量如电磁场等分配在固定的网格点上,而粒子则可在计算区域的任意位置上.设计了一个二维三分量的粒子模拟程序,并用它计算了空间物理中两种常见的物理现象:束流不稳定性和磁场重联.在束流不稳定性问题中,一束速度为V_b=10V_A(V_A为Alfvén速度)的等离子体在背景等离子中运动,通过波粒相互作用可激发沿磁场方向传播的Alfvén波.在磁场重联问题中,具有Harris形态的电流片可自发地引起磁场重联,并且B_y分量的磁场具有四极形分布.     

一道高考题与圆的不解之缘

题目:(2010年普通高校高考全国I卷第26题) 如图1所示,在0≤x≤3a区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.在t=0 时刻,一位于坐标原点的粒子源在xOy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向夹角分布在0～180°范围内.已知沿y轴正方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界上P(3a,a)点离开磁场.     

高能等离子体入射对磁场膨胀影响的模拟研究（已撤稿）

采用三维模型，使用混合网格质点法对等离子体入射偶极子磁场产生的磁场膨胀进行数值模拟.在模拟中考虑了高能等离子体注入两种不同类型磁场的情况：等离子体注入没有背景磁场的偶极子磁场和等离子体注入有背景磁场的偶极子磁场.研究表明背景磁场的存在不仅改变了粒子的分布，还改变了磁场膨胀的程度.还研究了注入的高能等离子体的速度对磁场膨胀的影响，结果表明入射的高能等离子体速度越大，磁场膨胀的程度就越大.对于低的入射速度，入射粒子在偶极子磁场中的回旋半径与偶极子磁场的特征长度相比较小，粒子被磁场束缚，对偶极子磁场的影响可以忽 关键词： 网格质点法 磁场膨胀 偶极子磁场     

“粒子源”问题归类与解析

2010年高考全国理综能力测试卷Ⅰ,Ⅱ物理压卷题,虽然仍是粒子在磁场中的偏转,但不是单个带电粒子在磁场中的多阶段运动,而是由"粒子源"从同一点发出多个同速率不同方向的同种粒子在磁场中的运动问题.有关"粒子源"问题.笔者认为可以从以下几方面归纳解析.     

均匀磁化介质椭球的退磁因子及退磁场

在椭球坐标系中求解了均匀椭球磁介质在匀强磁场中的磁化问题,得到了空间磁标势、磁场、介质中退磁场和退磁因子的表达式,研究了椭球形状与退磁因子的关系,分析了介质磁化率对退磁场方向的影响.结论为:椭球磁介质内的退磁场是匀强磁场;退磁因子的大小与椭球形状有关,与椭球大小无关,沿椭球长轴方向的退磁因子较小;一般而言退磁场方向与外磁场方向既不相同也不相反.铁磁质椭球内的退磁场几乎与外磁场反向.     

关于感应电流的安培力

在"磁场"一章中大家关注电源电流安培力的大小计算和方向判断,在"电磁感应"一章中关注感应电流方向的判断和大小计算.感应电流的安培力在电磁学部分出现了盲点,教学中也发现学生在解决涉及此类问题时确实把握不住要领而出错.为此笔者就其一些显著特点做一阐述,望同行指教.     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

高温超导带材长带Ic均匀性非接触连续测量系统

利用非接触法测量超导带材在去除背场后的剩余磁场是一种测量超导带材沿长度方向临界电流均匀性的行之有效的方法.超导带材的性质沿长度方向是变化的,去除背场后的剩余磁场可以被探测并且正比于超导带材的临界电流的大小.本文还提出一种利用非接触法测量超导带材临界电流均匀性的设备的设计方案,主要用于超导带材临界电流均匀性的快速和自动化测量.     

伊辛模型中量子的热纠缠和保真度

研究了伊辛模型中两个粒子在均匀和非均匀磁场中的热纠缠以及利用它作为量子信息传输的通道的传输保真度.计算出纠缠度的度量Concurrence,以及在不同种情况下呈现出来的纠缠度的表现形为.与均匀磁场相反,我们发现在非均匀磁场中传输的保真度能够得到增强,同时我们发现保真度还与耦合系数和温度有关.我们通过图形清楚地表示它们的性质,从图形中我们得出,第一:在其它条件相同的情况下,无论磁场方向是相同还是相反,它们的纠缠度都是相同的;但是当磁场方向相反时,平均保真度比均匀磁场具有更大的值.第二:为了提高纠缠和平均保真度我们可以通过选择适当的磁场强度、耦合系数和降低温度来实现.     

如何解决光电灵敏电流计的零点漂移

大家知道，在磁场中的运动电荷不管受不受其它外力作用，洛仑兹力总是不做功．因为洛仑兹力总是跟速度方向垂直，它只改变速度方向，不改变速度大小．但在有些实际问题中，经常需要将洛仑兹力巧妙地进行分解，运用在某个方向上做功或者与其它外力在某个方向上叠加产生加速度来分析处理问题，现举例说明。     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.     

均匀磁场中荷电粒子量子运动的经典对应

荷电粒子在均匀磁场中的运动是螺旋线,在垂直于磁场的平面内为圆轨道.在量子力学中,可以利用规范变换将这个经典圆轨道关系的算符形式推导出来.     

纳米ZrO2掺杂对烧结DyBaCuO块材微观结构及其超导电性的影响

研究了纳米ZrO2掺杂及其掺杂浓度对烧结DyBa2Cu3Oy超导体的转变温度Tc和临界电流Ic在零磁场和磁场中的行为,在磁场中发现掺杂样品的临界电流密度明显高于纯DyBaCuO样品.这种磁场行为可能与掺杂样品粒子分布更加均匀,富纳米粒子区明显增加,从而形成有效钉扎中心有关.     

高温超导导线I_c-B特性的测量

测量了高温超导导线Bi-2223/Ag的临界电流值与外加磁场的依赖性关系.实验结果表明:超导线材的临界电流不仅与磁场大小有关,而且还与外磁场的方向有关.外磁场越大,临界电流值越小;Bi-2223/Ag呈扁带状,临界电流对磁场的依赖性呈现各向异性.该实验与高温超导材料临界温度测量实验结合为高温超导电性能综合测试实验,为学生自主研究提供了拓展空间.     

一种新型YBCO高温超导带材临界电流特性测试方法

针对YBCO高温超导带材临界电流特性,文中基于四引线法,构造了一个集成有背景磁场发生装置的减压降温的低温测量装置。该装置包括一个提供背景磁场的双"E"形铁心线圈磁体;一个可以旋转0—360°的超导带材样本架以及一套可实现减压降温功能的低温测试系统。通过对低温杜瓦内温度、YBCO带材所处背景磁场大小、背景磁场与YBCO带材表面夹角的控制,实现了YBCO超导带材在不同温区、不同磁场及磁场方向下的临界电流特性的测量。这种新颖的测量方法和装置,综合考虑了环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响,能够获得较全面的YBCO高温超导带材临界电流性能参数。